岩石冲击实验碎屑分类及其分形特征
碎屑岩的结构及粒度分析(名牌石油院校讲义)
杂基含量高，颗粒互不接触，在杂基中呈漂浮状。
• 颗粒支撑
碎屑颗粒含量占绝对优势，颗粒之间相互接触
第二节
一、胶结类型
胶结类型及颗粒支撑性质
华英参1井 3548.42m ，J1 溶蚀缝 （—）40
华英参1井 3548.42m，J1 颗粒内溶蚀缝 （—）40
图4-7 胶结类型
（a)基底胶结；（b）孔隙胶结；（c）接触胶结；（d）镶嵌胶结
一、碎屑颗粒的粒度
图4-1 颗粒最大投影面的外切矩形
线性值——直观测量
A. 确定颗粒的最大投影面；
– 大、中、小三个直径
A. 对最大投影面做外切矩形，矩形的长边为颗粒的 最大直径dL，矩形的短边为颗粒的中间直径dI； B. 做垂直于最大投影面并通过颗粒的最长截线，截 线长度就是颗粒的最短直径ds。
海滩砂
多对称， 偶有负偏态 正偏态 正偏态
中等至微尖
好
细
沙丘砂 风成坪地 砂
中等
极好
尖锐
好
常用的粒度参数
名称
中值 平均粒径
特拉斯克
Md=P50 MZ=(P25+ P75)/2
福克和沃克
MdΦ =Φ 50 MZ=(Φ 16+Φ 50+Φ 84) /3 σ 1=(Φ 84-Φ 16)/4+(Φ 95-Φ 5)/6.6
是碎屑颗粒表面的形态特征，一般主要指表面的 磨光程度及表面刻蚀痕迹。
风 砂丘 霜雨 化学作用 溶解与沉淀交替进行的结果 磨光面 水 河流石英砂，海滩石英砂 刻蚀痕 碰撞，麻点 擦痕 冰川 新月型撞痕，击痕，麻点 碰撞 V ”型坑 海滩，高能近岸带，槽坑，贝壳状断口 “ 侵蚀洼坑，微喀斯特 溶解作用 碳酸盐岩
岩石矿物的分类及鉴别特征
石矿物的分类及鉴别特征概述：岩石（rock）是由一种或多种矿物或者岩屑组成的集合体。
按照岩石的成因，分为三大类：沉积岩、岩浆岩、变质岩。
沉积岩：是由各种外力地质作力形成的沉积物在地表或近地表条件下，经过固结成岩作用形成的岩石。
按成因又可分为四大类：表2-1 沉积岩分类简表分类碎屑岩火山碎屑岩粘土岩化学岩和生物化学岩结构碎屑结构碎屑结构泥质结构生物结构或化学结构砾状结构>2mm 砂状结构2～0.05mm 粉砂状结构0.05～0.005mm 粒径>100mm 粒径2～100mm 粒径<2mm 粒径<0.005mm岩石名称砾岩砂岩粉砂岩集块岩火山角砾岩凝灰岩未固结粘土碳酸盐岩灰岩白云岩铁质岩固结泥岩锰质岩······页岩可燃有机岩煤石油沉积岩的分布：粘土岩分布最广：77.2%砂岩： 13.2%灰岩： 7.7%以上三种岩石占沉积岩总数的98%以上岩浆岩（magmatite）是熔融状态的岩浆（magma）冷凝而成的岩石。
表2-2 岩浆岩分类简表岩石类型超基性岩基性岩中性岩酸性岩岩石名称深成岩橄榄岩、辉石岩辉长岩闪长岩花岗岩浅成岩苦橄岩辉绿岩闪长玢岩花岗斑岩、喷出岩金伯利岩玄武岩安山岩流纹岩SiO2的饱和程度 SiO2<45%强烈不饱和贫SiO2 SiO245-52%不饱和→饱和少有石英 SiO252-65%饱和→过饱和、石英含量少 SiO2>65%强烈过饱和游离石英＞20%造岩元素含量的变化Fe Mg Cu → Fe Mg Cu Al → Fe Ca Al Na → Ca Na K Al + SiO2岩石颜色的变化深（绿黑）→ 暗（绿灰）→ 中色（灰色）→ 浅色（肉红、灰白）矿物组合变化橄榄石、辉石（无石英）辉石、富钙斜长石、角闪石(基本无石英) 钙钠中等的斜长石、角闪石(少石英、黑云母) 富钠斜长石、正长石，石英大量出现变质岩（metamorphic rock）是地壳中已形成的岩石（岩浆岩、沉积岩等）在高温、高压及化学活动性流体的作用下，使原来岩石的成分、结构、构造等发生改变而形成的岩石。
11-2.8 火山碎屑岩类
2.8.5 火山碎屑岩的分类和命名
2.8.6 火山碎屑岩的主要类型及其特征
• 一、火山碎屑熔岩类 • 二、火山碎屑岩类 • 三、沉积火山碎屑岩类
一、火山碎屑熔岩类
• 是火山碎屑岩向熔岩过渡的一个类型．熔岩中含有 10--90％的火山碎屑物质。具碎屑熔岩结构。块状 构造。熔岩部分的特征与相应的喷出岩相同，火山 碎屑物质主要是晶屑、玻屑和岩屑，少量异源岩 屑．其成分往往和胶结它们的熔岩的成分相同或相 似。如安徽庐枞何岭冲的橄榄粗安质角砾熔岩，其 角砾成分和胶结物成分相同。角砾具斑状结构，基 质为交织结构，斑晶有斜长石(28．2％)，钾长石 (2．5％)、橄榄石(伊丁石化)(10．1％)和辉石(已碳 酸盐化)．基质由微晶斜长石、伊丁石、辉石、钾长 石等组成。有不规则的杏仁石分布。由于它们这种 成分上的相似性，所以岩屑和熔岩胶结物就不易区 分，常常不是将它们误为熔岩，就是将它们当作火 山碎屑岩。
2．8 火山碎屑岩类
地震科学系 于晓辉
2.8.1 一般特征
• 火山碎屑岩 火山碎屑岩(pyroclastic rocks)是指火山活动时，由 是指火山活动时， 是指火山活动时 火山爆发作用产生的火山碎屑物质， 火山爆发作用产生的火山碎屑物质，于火山口附近 就地堆积，或在空气或水介质中搬运、降落、沉积、 就地堆积，或在空气或水介质中搬运、降落、沉积、 而后固结形成的岩石。 而后固结形成的岩石。 • 火山碎屑物质来源于地下岩浆的爆炸破碎，和火山 火山碎屑物质来源于地下岩浆的爆炸破碎， 通道壁周围岩石的破坏。 通道壁周围岩石的破坏。火山碎屑岩常和火山熔岩 伴生，也经常与正常沉积岩共存。 伴生，也经常与正常沉积岩共存。它既可发育在陆 地上，也可形成于水下，即既可为陆相， 地上，也可形成于水下，即既可为陆相，也可为海 相。 • 火山碎屑岩的外貌很似正常的沉积碎屑岩，但两者 火山碎屑岩的外貌很似正常的沉积碎屑岩， 碎屑物质的组分和形态以及产状都不相同。因此， 碎屑物质的组分和形态以及产状都不相同。因此， 两者还是容易区别的。 两者还是容易区别的。
岩石风化程度及颗粒分类
岩石风化程度的划分表土壤及岩石(普氏)分类表岩体类别岩石的粒度划分：一、侵入岩（1）结晶程度：显晶质、隐晶质。
（2）矿物颗粒的绝对大小（以岩石中的主要造岩矿物为标准）巨粒：＞10mm粗粒：10—5mm中粒：5—2mm细粒：2—0.2mm微粒：＜0.2mm二、变质岩的粒度和层厚的规定：（1）粒度：粗粒变晶结构:＞3mm中粒变晶结构：3—1mm细粒变晶结构：0.1—1mm显微状：＜0.1mm（2）厚度：巨层:＞100cm巨厚层：100—50cm厚层：50—10cm中厚层：10—5cm薄层：＜5cm三、沉积岩砾岩：根据砾石（或角砾）大小分为：细砾岩：2—10mm中砾岩：10—50mm粗砾岩：50—100mm巨砾岩：100—1000mm块石砾石岩：＞1000mm砂岩：粗粒：2—0.5mm中粒：0.5—0.25mm细粒：0.25—0.05mm粉砂：0.05—0.005mm粘土岩：＜0.005mm沉积岩层理：根据层理的厚度大小，通常以下分类规定，单位厘米：块状：＞200cm巨厚层状：100—200cm厚层状：50—100cm中层状：10—50cm薄层状：5—10cm页片（微层）状层理：1—5cm条带：0.5—1cm条纹：0.1—0.5cm纹层：＜0.1cm花岗岩：花斑状，由黑、白、肉红等颜色或无色透明的颗粒组成，颗粒较粗，粗糙，很坚硬。
砾岩：看起来像混凝土，由碎石子或卵石组成，粗糙，硬。
石灰岩：青灰色、灰色或微黄色，颗粒细，光滑，较硬，常有化石，遇盐酸冒泡。
砂岩：有红、土黄、灰等多种颜色，看起来像许多粗细差不多的沙子黏合在一起，粗糙，硬。
页岩：有灰、黑、红、棕、黄等多种颜色，颗粒细，较软，比较光滑，薄层状，常有化石。
板岩：灰色、绿色等，容易分离成层，颗粒细，结构紧密，比较光滑，硬，敲击有清脆的声音。
大理岩：纯白色、黑色等，常有美丽的条纹，颗粒较粗，比较粗糙，晶莹润泽，紧密，较软，遇盐酸冒泡。
卸载速率对花岗岩应变岩爆破坏及碎屑形貌特征的影响
第 54 卷第 6 期2023 年 6 月中南大学学报(自然科学版)Journal of Central South University (Science and Technology)V ol.54 No.6Jun. 2023卸载速率对花岗岩应变岩爆破坏及碎屑形貌特征的影响李春晓1, 2，李德建1, 2，刘校麟1, 2，祁浩1, 2，王德臣1, 2(1. 中国矿业大学(北京) 深部岩土力学与地下工程国家重点实验室，北京，100083；2. 中国矿业大学(北京) 力学与建筑工程学院，北京，100083)摘要：为研究深部工程开采过程中开挖速率对岩爆破坏特征的影响，首先，利用自主研发的真三轴应变岩爆实验系统，开展不同卸载速率下的花岗岩应变岩爆实验，借助动态高速应力监测系统和双目高速摄影系统监测试样岩爆过程；其次，分析了卸载速率对试样的岩爆破坏峰值强度、岩爆破坏过程、试样破坏形态以及碎屑块度特征的影响；再次，利用三维激光扫描系统建立了中粗粒碎屑的三维数字模型，分析碎屑三维形貌的几何及表面幅度特征参数；最后，基于分形理论和立方体覆盖法，定量研究了不同卸载速率对岩爆碎屑表面形貌的影响。
研究结果表明：随着卸载速率提高，试样岩爆时的峰值强度和破坏烈度增大，岩爆碎屑的破碎程度降低，岩爆破坏模式由张拉型破坏过渡到剪切型破坏。
在高卸载速率的影响下，试样内部裂纹未充分发育和扩展，容易形成几何形态规则的岩爆碎屑，并且碎屑表面形貌的复杂程度降低。
岩爆碎屑表面形貌具有明显的分形特征，卸载速率越大，碎屑表面形貌的分形维数越小。
关键词：应变岩爆；卸载速率；破坏特征；碎屑形貌；三维激光扫描；分形中图分类号：TU45 文献标志码：A 开放科学(资源服务)标识码(OSID)文章编号：1672-7207（2023）06-2298-14Effect of unloading rates on characteristics of damage andfragment morphology for strainburst of graniteLI Chunxiao 1, 2, LI Dejian 1, 2, LIU Xiaolin 1, 2, QI Hao 1, 2, WANG Dechen 1, 2(1. State Key Laboratory for Geomechanics and Deep Underground Engineering, China University of Mining andTechnology(Beijing), Beijing 100083, China;2. School of Mechanic and Civil Engineering, China University of Mining and Technology(Beijing),Beijing 100083, China)收稿日期： 2022 −08 −10； 修回日期： 2022 −11 −03基金项目(Foundation item)：国家自然科学基金资助项目(41572334)；中央高校基本科研业务费专项资金资助(2022YJSSB05)；深部岩土力学与地下工程国家重点实验室(北京)创新基金资助(SKLGDUEK202222) (Project(41572334) supported by the National Natural Science Foundation of China; Project(2022YJSSB05) supported by the Fundamental Research Funds for the Central Universities; Project(SKLGDUEK202222) supported by the Innovation Foundation of State Key Laboratory for Geomechanics and Deep Underground Engineering, Beijing)通信作者：李德建，博士，教授，从事深部岩体力学与工程灾害控制研究；E-mail ：****************DOI: 10.11817/j.issn.1672-7207.2023.06.019引用格式： 李春晓, 李德建, 刘校麟, 等. 卸载速率对花岗岩应变岩爆破坏及碎屑形貌特征的影响[J]. 中南大学学报(自然科学版), 2023, 54(6): 2298−2311.Citation: LI Chunxiao, LI Dejian, LIU Xiaolin, et al. Effect of unloading rates on characteristics of damage and fragment morphology for strainburst of granite[J]. Journal of Central South University(Science and Technology), 2023, 54(6): 2298−2311.第 6 期李春晓，等：卸载速率对花岗岩应变岩爆破坏及碎屑形貌特征的影响Abstract:To study the effect of excavation speed on rock burst damage characteristic during the mining process of deep engineering, firstly, a series of strainburst experiments under different unloading rates were conducted on granite by using the self-developed true triaxial strainburst experimental system. The rock burst process of specimen was monitored with the dynamic high-speed stress monitoring system and binocular high-speed photography system. Secondly, the influence of unloading rate on peak strength of rock burst damage, rock burst damage process, damage morphology and fragmentation characteristic of specimen were analyzed. Thirdly, the three-dimensional digital model of medium-coarse grained fragment was established by using the three-dimensional laser scanning system, and the characteristic parameters of geometry and surface amplitude for three-dimensional morphology of fragment were studied. Finally, based on fractal theory and cube-covering method, the influence of unloading rate on surface morphology complexity of rock burst fragment was quantitatively studied.The results show that with the increase of unloading rate, the peak strength and damage intensity of specimen during rock burst increase, and the degree of fragmentation of rock burst fragments decreases, meanwhile the damage mode of rock burst transforms from tensile damage to shear damage. The cracks within the specimen are not sufficiently developed and penetrated under the influence of high unloading rate, which will make the geometrical morphology more regular and reduce the complexity of surface morphology of fragment. The surface morphology of rock burst fragment also exhibits distinct fractal characteristic. The higher the unloading rate is, the smaller the fractal dimension of surface morphology of rock burst fragment is.Key words: strainburst; unloading rate; damage characteristic; fragment morphology; three-dimensional laser scanning; fractal岩爆是能量岩体沿开挖临空面瞬间释放能量的非线性动力学现象[1]。
《岩石学》第6章 火山碎屑岩类
（如火焰状等）。在富含挥发份的酸性及碱性岩
浆中常见。
塑性岩屑：火焰石
火山喷发及坠落地表时未完全固结，坠落地表时发生 形变
晶屑：
矿物晶体的碎屑 多数来源于火山喷发前已经结晶的矿物 （斑晶）或来源于火山通道围岩中的矿物 晶屑。 形状多呈棱角状、阶梯状、且裂纹发育， 常发生熔蚀或暗化现象
(J.McPhie,M.Doyle,R.Allen 1993, 根据莫少龙等，2000）
岩屑
熔结凝 灰岩
玻屑强烈扁平化， 成细脉状，表现出 良好的假流纹构造。
玻屑
晶屑
3、火山碎屑熔岩类
是火山碎屑岩向熔岩过渡的岩石类型 火山碎屑物质含量：10-90%； 胶结物质：熔岩胶结 碎屑物质成分：火山碎屑物质 （以岩屑和晶屑为主，玻屑少见） 种属：根据火山碎屑的粒度分为：集块熔岩、角砾熔岩、 凝灰熔岩 命名:火山碎屑物质粒度+熔岩
晶 屑 凝 灰 岩
凝灰岩中大量出现的斜长石（P）、角闪石（Hb)、石英晶屑和浅 黄色玻屑（S）。有的晶屑存在熔蚀边。充填其间的为更细小的 晶体和火山尘。(J.McPhie,M.Doyle,R.Allen 1993, 根据莫少龙等，2000）
玻 屑 凝 灰 岩
主要由大 量玻屑， 少量晶屑 和火山尘 组成。
4、沉积火山碎屑岩类
是火山碎屑岩向沉积岩过渡的岩石类型； 火山碎屑物质含量：10-90%； 构造：层理构造、韵律构造 胶结物质：水化学物质胶结 碎屑物质成分：火山碎屑物质、沉积物质 种属划分：根据火山碎屑物质含量分为，
沉积火山碎屑岩（火山碎屑物质50-90% ） 火山碎屑沉积岩（火山碎屑物质10-50% ）
搬运及沉积过程中不再发生形态的变化。
碎屑岩的一般特征及类型
碎屑岩的一般特征及类型
岩石机械风化后形成的岩石碎屑和矿物碎屑，经搬运、沉积、压实、胶结而成的岩石，称为碎屑岩，又称陆源碎屑岩。
碎屑岩的基本类型：
1.碎屑颗粒大小：砾岩、砂岩、粉砂岩等。
2.物质来源可分为陆源碎屑岩和火山碎屑岩。
3.成因类型及分布：冲积扇砂砾岩体碎屑岩。
冲积扇是指在干旱、半干旱气候地区，山间河流携带大量碎屑物质进入平原，在出山口处因流速变小，能量降低，而使碎屑物沉积下来形成的扇形锥积体。
冲积扇中的砂砾岩体称为冲积扇砂砾岩体。
特征：
火山碎屑岩按碎屑粒径又分为集块岩（＞64毫米）、火山角砾岩（64～2毫米）和凝灰岩（＜2毫米）。
陆源碎屑岩按碎屑的粒径，可分砾岩（角砾岩）、砂岩和粉砂岩。
砾岩有棱角者称角砾岩，按砾石大小又可细分为巨砾岩(＞256毫米)、粗砾岩（256～64毫米）、中砾岩（64～4毫米）、细砾岩（4～2毫米）。
砂岩按砂粒大小可细分为巨粒砂岩（2～1毫米），粗粒砂岩（1～0.5毫米）、中粒砂岩（0.5～0.25毫米）、细粒砂岩（0.25～0.1毫米）、微粒砂岩（0.1～0.0625毫米）。
粉砂岩按粒度可分为粗粉砂岩（0.0625～0.0312毫米），细粉砂岩
（0.0312～0.0039毫米）。
碎屑岩主要由碎屑物质和胶结物质两部分组成。
碎屑岩、碳酸岩描述内容
容 构造
迭锥 示底
描述大小、形状、排列方式、从充填程度及充填物、发育程度及周围基质成分等。 描述洞穴上部及下部充填物主要成份、颜色、结构、界面特征及清晰程度、洞穴发育程度及周围基质成分等。
虫孔 描述大小、类型、与层面的关系,发育程度及周围基质成分等。
泥
又叫“基质”、“灰泥”、“泥屑”、“泥晶’、”隐晶”，与泥质岩中粘土泥相当。对泥的描述主要为含量及分布均匀程度。
结构
胶结物 指充填于颗粒之间的结晶方解石或其它矿物，描述成分、胶结程度、透明度、胶结形态 晶粒 指结晶碳酸盐岩的主要结构。描述内容:粒度、分选、透明度、形状特征,晶体相对大小、特征、包裹体及成岩后生作用等。
荧光 无法估计 系列级别 7 级以上
闻不到 渗入或呈 为岩石本色或微带黄色 无，不染手
个别有 馒头状
轻
出筒观察
荧光显示
碎
质 含油 油含 一
饱含油
表面特征 油欲外溢
颜色 深
油味 感 极浓
直照 色 强度 黄中
喷照 产状 色 强度 整体 黄 强
纸上色普
产状
色 强度
均匀 桔黄 强
系列 对比 13 级以上
滴水试验 成珠状不渗
内
情 况 含 水 鉴 别 1.水层：明显水湿感，水珠外渗，久置表面有盐霜，滴水立渗。2.弱含水：微见潮湿感，局部见盐霜，滴水扩散或缓渗。
直 照 对岩心新鲜断面用荧光灯进行直接照射，记录发光颜色、强度、产状、与岩性及缝洞的关系，并估计发光面积百分数。
容
荧光
喷 照 观察岩心新鲜面喷洒氯仿后，所发荧光的颜色、强度、产状及发光面积，与直照对比，区别真假荧光。
碎屑岩的结构及粒度分析
一）粒度：碎屑颗粒的大小。
1.表示方法： 1）线性值——直观测量。 大、中、小三个直径 确定颗粒的最大投影面，做外切矩形，矩形的长 边为颗粒的最大直径dL，矩形的短边为颗粒的中 间直径dI；做垂直于最大投影面并通过颗粒的最 长截线，截线长度就是颗粒的最短直径ds。
2）体积值：用与颗粒同体积的球体直径表示。
六）颗粒的表面结构定义
碎屑颗粒表面的磨光面、毛玻璃化和显微的刻蚀痕迹 成因 机械磨蚀作用、化学的溶蚀、沉淀作用 类型
毛玻璃表面（又称霜面）、沙漠漆、冰川擦痕、各种刻 蚀痕和撞击痕
二、 填隙物的结构
一)杂基的结构 粒度小于0.03mm（或）5φ）
有的发生重结晶作用
二)胶结物的结构 胶结物的结构特点与本身的晶粒大小、晶体生长方式、结 晶程度和分布的均匀性有关。 非晶质结构 蛋白石、铁质、磷酸盐矿物常形成非晶质结构。 隐晶质结构 玉髓、隐晶质磷酸盐、碳酸盐等。 显晶质结构 粒状、带状/薄膜状、栉壳状、嵌晶式、次生加大
显晶粒状结 构
次生加大结 构
栉壳状结 构
次生加大 结构
嵌晶结构
嵌晶 结构
斑状结构
斑状结构
三、颗粒与填隙物之间的关系- 胶结类型和颗粒支撑 性质 1.碎屑颗粒和杂基的相对含量---支撑 类型
按碎屑颗粒和杂基的相对含量
1) 杂基支撑
杂基含量高，颗粒互不接 触，在杂基中呈漂浮状。 2) 颗粒支撑 碎屑颗粒含量占绝对优势， 颗粒之间相互接触
Mz＝（φ 16+φ 50+φ 84）/3
中值Md是累积区县上50%对应的粒径。 标准偏差和分选系数——分选程度
σ 1=（φ 84-φ 16）/4＋（φ 95-φ 5）/6.6
So=P25/P75 偏度(SK1)——判别粒度分布的不对称程度 正、负偏态 峰度(尖度)——频率曲线尖锐程度
碎屑岩流动单元成因类型与岩石物理特征
碎屑岩流动单元成因类型与岩石物理特征
碎屑岩流动单元是橄榄岩熔融的产物，由于其熔点低，容易受到温度效应的影响而变形，形成碎屑岩流动单元。
它们可能存在于多种岩石样品中，具有不同的成因类型和岩石物理特征。
碎屑岩流动单元的成因类型有构造、熔融（塑性流变）和历史性碎碎屑流变。
构造构成的碎屑岩流动单元的岩石物理特征一般为块状、粗糙表面，具有漂浮形体或消融背景的展布特征，而熔融构成的碎屑岩流动单元特征为细小、光滑，具有展消碎缝，溶凝块面和平滑表面展布特征，历史性碎碎屑流变构成的碎屑岩流动单元具有晶间聚集细颗粒表面展布特征，有利于塑性扭转变形形成分布状碎屑，晶格体粗糙，破头块状孤立等特征。
讲陆源碎屑岩岩类
砾岩的沉积构造
牵引流成因的常见有平行层理，大型交错层理。 重力流成因的多为块状层理、递变层理。
2。 砾岩的分类
砾岩的粒度分类 . 巨砾岩（或角砾岩、混杂岩）：主要砾石粒径
>250mm . 粗砾岩（或角砾岩、混杂岩）：主要砾石粒径
250-50mm . 中砾岩（或角砾岩、混杂岩）：主要砾石粒径
黄土：与粉砂岩有关的一种半固结的粘土质粉砂岩， 风力或水力均可使其沉积，但其形成环境，总是在干燥 或半干燥的气候区内。
在我国的北方及西北地区，第四纪地层中的黄土或黄 土类岩石分布极其广泛.
黄土高原－粘土质粉砂岩
黄土高原－粘土质粉砂岩
四、 泥质岩
泥质岩：泥级质点（主要指粘土矿物）含量超过 50%的沉积岩.
一、 砾 岩
由大于50%砾石(>2.0 mm)成分组成的 陆源沉积岩岩石称为砾岩(或角砾岩)。
它是沉积岩中最粗的一类岩石，常出 现在冲积扇、扇三角州、砾质辫状河、海 底扇、冰川沉积和海滩沉积之中。可以成 为油气储层。
1。砾岩的特征
砾岩的颜色 随砾石和填隙物的成分而变化，常见为浅灰色、灰色、
深灰色、褐红色等.
由于这两个指标都属于砂岩的物质成分特征，因 此砂岩按填隙物成分及颗粒成分进行分类称为成分－ 成因分类。
（1） 成分－成因分类原则
两个基本点 第一个基本点: 以基质含量的百分比划分出结构成熟度相
对高的净砂岩和成熟度相对低的杂砂岩。
净砂岩: 四种组分中，基质含量<5%；在其填隙物中，胶结物 含量较高；结构成熟相对较高，是成熟－极成熟的砂岩；牵引流 （风）沉积成因。
C. 三种主要类型砂岩的特征及成因
石英砂岩： 狭义的石英砂岩是在碎屑颗粒中，石英端元的含量
冲击变质岩分类
冲击变质岩分类
冲击变质岩主要分布于陨石冲击坑中及其周围，根据其特征和成分，可以分为以下几种类型：
1. 冲击角砾岩类：由陨石撞击地面，在陨石坑周围堆积的溅射出来的冲击角砾岩（也称陨击角砾岩）组成。
角砾碎块的岩性各不相同，与陨石坑附近的岩石类型一致。
2. 冲击熔渣：根据冲击岩的岩性特征，分为冲击熔渣和冲击玻璃（假玄武玻璃）两种。
3. 冲击玻璃：由部分或全部熔化的单成分和复成分玻璃以及岩石和矿物的碎屑组成。
根据其成分和结构，可以分为岩石玻璃和矿物玻璃。
4. 块状冲击岩：根据冲击岩的产出特征、岩石的结构构造、碎屑颗粒大小以及基质类型等特点，划分为碎屑状冲击岩和块状冲击岩。
块状冲击岩含冲击成因玻璃至少在10%以上，一般都在50～60%。
块状冲击岩根据岩性特征，可以进一步划分为2个亚类：①由单成分玻璃或其结晶产物组成，并保留了原岩构造特点的块状冲击岩，是由原岩直接冲击熔化造成，后来未发生混合。
②由复成分玻璃或其结晶产物组成并彻底消除了原岩构造特点的块状冲击岩，是在熔融体位移时发生高度混合的条件下生成的。
以上信息仅供参考，如需了解更多信息，建议查阅相关书籍或咨询地质学家。
碎屑岩的结构及粒度分析--可编辑
（三）圆度： 圆度是指碎屑颗粒的原始棱和角被磨蚀 圆化的程度。 1、圆度的计算：
圆度的数值变化在 0～1之间，圆 度的数值越大，圆度越高。
2、圆度的估算：
在手标本的观察描述中，通常把碎屑的圆度划分为 如下四个级别：
1）棱角状：碎屑的原始棱角无磨蚀痕迹或只受到轻微磨蚀，其 原始形状无变化或变化不大。说明碎屑未经搬运或搬运极近。
1、非晶质及隐晶质结构： 非晶质常是蛋白石、磷酸盐、 铁质等；隐晶质为玉髓、隐
晶磷酸盐矿物。
2、显晶粒状 结构（ b、c）：
碳酸盐胶结 物常具有这种结 构。因晶粒较大， 在手标本上可以 分辨。
3、嵌晶结构： 胶结物的结晶颗粒 较粗大，晶粒间呈 镶嵌结构，每一个 晶粒中都可以包含 多个碎屑颗粒。胶 结物的粗大晶粒是 经成岩、后生阶段 的重结晶作用形成 的。
一、粒度参数和粒度资料图解： （一）粒度资料图解：
常用的粒度曲线包括：直方图、频率曲线、累 积曲线及概率累积曲线。
1、直方图和频率曲线：
（1）直方图： 是以横坐标表示颗粒的粒径区 间（φ），纵坐标表示粒级的百分含量（算数百分 比）而作出一系列相互连接、高低不平的矩形图。 每个矩形底边的长度代表粒度区ห้องสมุดไป่ตู้，高度代表各 粒度区间的重量百分比（频数）。
（2）标准偏差（ σ1）：
用标准偏差（ σi）确定的六个分选级别：
σ1＜0.35，分选极好； σ1=0.35～0.50，分选好； σ1=0.50～0.71，分选较好； σ1=0.71～1.00，分选中等； σ1=1.00～2.00，分选较差； σ1=2.00～4.00，分选差； σ1＞4.00，分选极差；
上图是鲍尔斯作的一组图，用来表示从尖棱角状
至滚圆状各级圆度的特征，并规定了各圆度级别的描 述名称。我们对手标本的观察描述没分那么细，取了 其中常见的四个级别。
动静组合荷载下砂岩冲击岩爆碎屑分形特征
动静组合荷载下砂岩冲击岩爆碎屑分形特征砂岩是一种常见的沉积岩，其在地质学、工程学等领域中有着广泛的应用。
然而，在一些特殊情况下，砂岩会遭受到冲击、振动等动静组合荷载的作用，导致其爆碎、破裂等现象。
本文将从分形特征的角度出发，探讨砂岩在动静组合荷载下的爆碎屑分形特征。
一、砂岩的基本特征砂岩是由石英、长石、云母等矿物颗粒组成的沉积岩，其主要特征包括颗粒大小、颗粒形状、颗粒排列方式等。
砂岩的颗粒大小一般在0.063-2mm之间，颗粒形状则有圆形、卵圆形、角砾状等多种形态。
此外，砂岩的颗粒排列方式也有水平层状、波状等不同的形态。
二、动静组合荷载对砂岩的影响动静组合荷载是指同时存在冲击和振动作用的荷载，其对砂岩的影响主要表现在以下几个方面：1. 砂岩的强度降低。
动静组合荷载会使砂岩内部的颗粒发生位移、摩擦等变形，从而导致砂岩的强度降低。
2. 砂岩的破裂、爆碎。
动静组合荷载的作用下，砂岩内部的颗粒可能会发生破裂、爆碎等现象，从而导致砂岩的破坏。
三、砂岩爆碎屑分形特征分形是一种数学概念，用于描述自然界中的复杂结构。
在砂岩爆碎屑的研究中，分形理论可以用来描述砂岩颗粒的形态、大小、排列方式等特征。
砂岩爆碎屑的分形特征主要包括以下几个方面：1. 颗粒大小分布的分形特征。
砂岩爆碎屑中的颗粒大小分布通常呈现出分形特征，即存在一定的自相似性和分形维数。
2. 颗粒形态的分形特征。
砂岩爆碎屑中的颗粒形态也具有分形特征，不同形态的颗粒之间存在一定的相似性和分形维数。
3. 颗粒排列方式的分形特征。
砂岩爆碎屑中颗粒的排列方式也具有分形特征，不同排列方式之间存在一定的自相似性和分形维数。
四、砂岩爆碎屑分形特征研究的意义砂岩爆碎屑的分形特征研究可以为砂岩的破坏机理研究提供一定的理论基础。
通过分析砂岩爆碎屑的分形特征，可以了解砂岩颗粒在破坏过程中的变化规律，为砂岩的工程应用提供一定的参考依据。
总之，砂岩在动静组合荷载下的破坏是一个复杂的过程，其中砂岩爆碎屑的分形特征是一个重要的研究方向。
岩石风化程度及颗粒分类
岩石风化程度的划分表土壤及岩石(普氏)分类表岩体类别岩石的粒度划分：一、侵入岩（1）结晶程度：显晶质、隐晶质。
（2）矿物颗粒的绝对大小（以岩石中的主要造岩矿物为标准）巨粒：＞10mm粗粒：10—5mm中粒：5—2mm细粒：2—0.2mm微粒：＜0.2mm二、变质岩的粒度和层厚的规定：（1）粒度：粗粒变晶结构:＞3mm中粒变晶结构：3—1mm细粒变晶结构：0.1—1mm显微状：＜0.1mm（2）厚度：巨层:＞100cm巨厚层：100—50cm厚层：50—10cm中厚层：10—5cm薄层：＜5cm三、沉积岩砾岩：根据砾石（或角砾）大小分为：细砾岩：2—10mm中砾岩：10—50mm粗砾岩：50—100mm巨砾岩：100—1000mm块石砾石岩：＞1000mm砂岩：粗粒：2—0.5mm中粒：0.5—0.25mm细粒：0.25—0.05mm粉砂：0.05—0.005mm粘土岩：＜0.005mm沉积岩层理：根据层理的厚度大小，通常以下分类规定，单位厘米：块状：＞200cm巨厚层状：100—200cm厚层状：50—100cm中层状：10—50cm薄层状：5—10cm页片（微层）状层理：1—5cm条带：0.5—1cm条纹：0.1—0.5cm纹层：＜0.1cm花岗岩：花斑状，由黑、白、肉红等颜色或无色透明的颗粒组成，颗粒较粗，粗糙，很坚硬。
砾岩：看起来像混凝土，由碎石子或卵石组成，粗糙，硬。
石灰岩：青灰色、灰色或微黄色，颗粒细，光滑，较硬，常有化石，遇盐酸冒泡。
砂岩：有红、土黄、灰等多种颜色，看起来像许多粗细差不多的沙子黏合在一起，粗糙，硬。
页岩：有灰、黑、红、棕、黄等多种颜色，颗粒细，较软，比较光滑，薄层状，常有化石。
板岩：灰色、绿色等，容易分离成层，颗粒细，结构紧密，比较光滑，硬，敲击有清脆的声音。
大理岩：纯白色、黑色等，常有美丽的条纹，颗粒较粗，比较粗糙，晶莹润泽，紧密，较软，遇盐酸冒泡。
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矿业研究与开发 第 30 卷 第 5 期 MINING R ＆ D，Vol． 30，No． 5
2010 年 10 月 Oct． 2010
*
岩石冲击实验碎屑分类及其分形特征
杜 晶，李夕兵，宫凤强，殷志强
（ 中南大学 资源与安全工程学院， 湖南 长沙 410083）
呈很强的线性相关性，可以表示为：
k = 0． 311λ － 0． 0092
（ 2）
根据式（ 2） 可知，当系数 k 取值为 0 时，即岩石 破碎块度跟相应的应变率之间不具有线性相关时， 可 以得到此时长径比λ的值为0． 296，即大约长径比
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矿业研究与开发
2010，30（ 5）
对尺寸稍大的岩石碎块进行筛分，根据实验产
图 3 粒径分布
生碎块的尺寸特点，选用的分析筛孔径系列依次为： 40． 00，20． 00，10． 00，5． 00，2． 00，1． 00，0． 5 mm。筛 分后，通过物理天平获得每个规格孔径筛中滞留的 碎块质量。然后可以根据测量所得数据计算出每一
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矿业研究与开发
1 冲击实验技术及设备
本次研究所使用的霍普金森试验装置见图 1。 其中，冲头、入射杆、透射杆和吸收杆均采用 40Cr 合 金钢，其 弹 性 极 限 达 800 MPa，纵 波 波 速 为 5400 m / s，密度为 7810 kg / m3 ； 超动态应变仪型号为 CS － 1D，示波器型号为 DL － 750； 电阻应变片型号为 B × 120 － 2AA，栅长 × 栅宽为 2 mm × 1mm，电阻为 120
2010，30（ 5）
固定尺寸范围内试样碎块的质量百分含量或小于某 一尺寸范围累积质量百分含量。试件碎块的尺寸分 布范围较大，为较好地反映其分布特征，以计算所得 结果的自然对数为坐标绘制成曲线，见图 4。由图 4
可以看出，同一系列长径比岩石试样，加载率不同则 图中曲线的 斜 率 不 同，随 着 加 载 率 的 增 加，斜 率 增 大。相同动载的条件下，长径比小的岩石试件的直 线斜率较大。
随应变率增大而增大，可以用如下关系式表示：
D = k·ε + B
（ 1）
说明加载 率 越 高，岩 石 破 碎 块 体 越 多，体 积 越
小，意味着破碎程度越高，这一点跟岩石破碎试验现
象十分吻合。
图 5 不同长径比岩石破碎分维值变化
图 6 是岩石长径比 λ 与应变率 － 分维数关系式
系数 k 之间的关系图。从中可以看出，两者之间也
摘 要： 利用分离式霍普金森压杆实验系统，进行一系列的
不同长径比砂岩冲击实验。对试验碎屑采用不同方法提取
其信息，包括对粒径小于 0． 075 mm 的颗粒采用激光粒度分
析仪。对受载后岩样破碎块度进行筛分统计，得到了该加载
条件下岩石破碎的粒度分布。在此基础上，进一步计算相应
破碎块度的分形维数，分别探讨了不同的长径比对分维数的
图 4 可以说明岩石试件破碎后块度分布具有很 好的自相似性，即符合分形分布。试验中块度分布
的分维数在 1． 54 到 2． 49 之间，绝大部分在 1． 9 ～
2． 2之间，分维愈大，其粒度愈细。
图 5 是长径比一定的情况下，试样应变率与破
碎块度分维数之间的关系，从中可以看出，长径比一
定时，岩石破碎分维值与试样的应变率呈线性相关，
图 4 不同长径比岩石破碎块度分布
3 不同长径比岩石碎屑分形维数变化
对岩石破碎块度的分形维数进行研究有两种方 法［11］： 基于可靠性的方法和基于能量的方法。基于 能量的方法是指把块度分布的分形维数与所需能量 联系起来，即把块度分布的分形维数与破碎前的材 料几何特征通过统计的方法联系起来。本文采用特 征长度 － 累计质量［12］方法进行分维数的计算。
* 收稿日期： 2010 － 07 － 07 基金项目： 国家自然科学基金项目资助（ 10872218） ． 作者简介： 杜 晶（ 1986 － ） ，女，江苏淮安人，硕士，从事安全技术与岩土工程方面的研究工作，Email： dujing040316@ 163． com。
杜 晶，等： 岩石冲击实验碎屑分类及其分形特征
量指标； 对于定量指标，按效益型指标和成本型指标 分类进行计算。通过实例，利用该评价模型对露天 开采现场拟采用的 3 个爆破方案进行了评价和选 择，实施结 果 表 明，所 选 爆 破 方 案 能 够 达 到 爆 破 目 的，对现场爆破方案的选择和确定具有一定的指导 意义。
参考文献：
［1］ 李宝祥，等． 金属矿床露天开采［M］． 北京： 冶金工业出版社， 1986．
University，Changsha，Hunan 410083，China） Abstract： A series of impacting experiment on sandstone samples with different length － diameter ratios were made by SHPB （ Split Hopkinson Pressure Bar ） test system． The information of the fragmental rock from impacting experiment was extracted with different methods，including testing the particles less than 0． 075 mm by laser particle size analyzer． The size distribution of fragmental rock was obtained through screening and statistics of rock samples fragmented under different impact load． On the basis of these，the fractal dimensions of the size distribution of fragmental rock were calculated，and effect of different length － diameter ratios on the fractal dimension was investigated． The results showed that the fractal dimension of the size distribution of fragmented sandstone ranged from 1． 54 to 2． 49，and larger the value of the fractal dimension was，smaller the particle size was． For rock sample with same length － diameter ratio，the values of fractal dimension were related with strain rate，the fractal dimension increased with increasing in strain rate of rock sample． Key Words： Rock fragmentation，Classification of rock frag-
［2］ 王德胜，龚 敏． 露天矿山台阶中深孔爆破开采技术［M］． 北 京： 煤炭工业出版社，2007．
［3］ 赵国彦，黄治成，刘 高，等． 中深孔爆破效果的 AHP － 模糊 综合评价方法［J］． 矿业研究与开发，2010，30（ 2） ．
［4］ 袁 梅，吴桂义，李希建． AHP 在煤矿安全现状评价中的应用 ［J］． 矿山机械，2008，（ 24） ： 43 ～ 45．
（ ± 0． 2） Ω、灵敏系数为 2． 08 ± 1% ； 数据采集处理 单元主要为基于系统数据的处理软件 CLRM［8］。
图 1 SHPB 实验装置及测试系统
试验所用的材料为粉砂岩，颜色为白色，致密块 状构造，宏观均匀一致。为了研究岩石不同长径比 的特性，设计加工方案如下： 岩样为圆柱形，直径为 50 mm，长度分别约为 20，30，40 和 50 mm 。岩石试
影响。结果表明，砂岩破碎分维值在 1． 54 到 2． 49 之间，分
维愈大，其粒度愈细。相同长径比岩石试件，岩石破碎分维
值与试样的应变率线性相关，随应变率增大而增大。
关键词： 岩石破碎； 碎屑分类； 长径比； 破碎块度； 分维数
中图分类号： TD231． 1
文献标识码： A
文章编号： 1005 － 2763（ 2010） 05 － 0020 － 04
图 2 冲击载荷下岩石破碎后产生的颗粒及碎屑
冲击试验后，对每件试样的碎块均进行收集和 筛分，以便求出冲击破碎岩块的粒度分布。碎片颗 粒直径小于 0． 08 mm 时，无法采用尺寸测量方法， 也无法通过照片提取信息，但可以采用激光粒度分 析仪对其进行颗分，获得颗分曲线。使用 SCF － 103 激光粒度分析仪对岩石破碎产生的微粒的粒度分布 情况进行了测定，分析结果见图 3。测试样的遮光 比达到 39． 1% ，由图 3 可以得出粒径为 0． 074 mm 以下的微粒主要分布在直径为 0． 002 ～ 0． 01 mm 区 间内，0． 0679 mm 是筛分分布峰值，说明这一数值粒 径的数量最多。
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样都取自同一块岩块，避免了同种岩石试件在成分 和结构上的差异。为使试验能更好地反映岩石本身 的力学特性，试件在自然状态下放置一段时间，使其 含水量与天然岩石基本一致之后再进行尺寸测量、 称重和弹性波速测试。
速率使得岩石破碎 产生的碎屑的尺寸和形状有所不同。图 2 是冲击加 载试件破坏后产生的碎屑。当加载的速率较小、冲 击动载不大时，岩石有时只会出现轻微的裂纹，见图 2（ a） ，更多时候会破裂成几半或数个比较大的块状 碎片见图 2（ b） ； 当冲击载荷增大时，碎块数量增多， 几何形状相应的减小，见图 2（ c、d） ； 当动载达到某 一定值时，岩石碎块中会出现无数细粒碎屑和微粒 碎屑，碎块颗粒均匀而细小，见图 2（ e、f） 。